[发明专利]小型高性能波长可调谐激光器

说明书

技术领域

本发明涉及可调谐激光器，尤其是一种使用了色散补偿的声光可调谐 滤波器和波长锁定器的激光谐振腔，可以实现快速调谐速度、稳定的波长 和功率输出的小型高性能波长可调谐激光器。

背景技术

目前，大多数现代电信系统都是基于光纤通讯技术。光纤网络提供了 前所未有的大通讯容量和安装的灵活性，可以支持不断发展的各种宽带应 用。宽带可调谐激光器可以帮助最大限度的利用现有的光纤网络资源。通 过动态调谐可以将信息流量从拥挤通道转移到未使用的通道，从而满足互 联网的需求。可调谐激光器也是实现动态光纤网络的关健器件之一，可以 快速简便地建立或改变光路。

针对这种应用的理想的可调谐激光器将包括以下特性：宽可调谐范 围，覆盖C和(或)L波段(大约1530纳米至1610纳米)；尺寸小；任 何两个国际电信联盟(ITU)频率间隔之间的切换速度快(小于1毫秒)； 长期工作稳定性好(超过25年的运行时间)；极端环境情况下的高可靠度； 低耗电量；成本低和生产工艺简单。

可惜的是，现有可调谐激光器的尺寸、可调谐波长范围、调谐速度和 输出功率等指标还远不能满足市场需求。现有的可调谐激光器系统可以分 成三类：使用腔内机械可移动部件，如衍射光栅、棱镜、标准具或MEMS (微电子机械系统)等作为波长调谐单元的系统；使用腔内温度可调节部 件，通过加热或冷却部件来选定波长的系统；使用腔内不可移动的光学器 件进行调节的系统，包括使用磁光器件、声光器件、电光器件或通过改变 注入电流的方式选择波长。

通过机械调节光栅或棱镜角度来调节波长的技术对机械冲击和震动 的干扰抵抗非常差，会引起短期甚至长期的性能不稳定，所以带有移动部 件的可调谐激光器不适合应用在光纤通讯中。通过温度调谐因热力传输的 固有性质，调节速度慢，所以可应用的范围很小。通过物理光学方式调节 波长的各种技术当中，声光技术因为其不需要可移动部件和通过电控制方 式即可实现快速调谐速度、宽可调谐范围以及相对简单的设计，是满足上 述光纤通讯系统应用严格要求的一种可行方案。正如在一些美国专利和公 开的论文中所披露的，通过选择合适的声光晶体和驱动声波频率，可以设 计出针对不同应用的宽带范围的可调谐激光器。现有的应用在光纤通讯中 的使用声光滤波器设计的可调谐激光器的主要问题是：(1)法布里-珀罗 腔内的激光振荡因为色散没有补偿而不稳定；(2)波长锁定器的结构使得 安装非常困难，并且不能实现小型化；(3)波长锁定器性能不稳定。

为了解决上述产品中存在的问题，并且满足前文提到的光纤通信的需 求，有必要设计一种全新的可调谐激光器系统，从而大大改进性能、工作 的稳定性和易于生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用光纤通讯应用 的小型高性能波长可调谐激光器，可以满足光纤通讯对于亚毫秒级调谐速 度、小尺寸和在极端工作环境下高可靠度的需求，设计结构易于组装、批 量生产成本低的优点的同时，还保证了高性能和小体积。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种小型高性能波长可调谐激光器，其特征在于：包括

(a)一个指定反射率的输出镜和一个端面镜组成的激光谐振腔；

(b)一个宽带激光增益介质安放在激光谐振腔内并可以在指定波长 范围进行激光振荡；

(c)一个声光可调谐滤波器安放在激光谐振腔内，从激光增益介质输 出的激光束通过腔内准直透镜校准为平行光后输入至声光可调谐滤波器； 该滤波器包括具有声学上的各向异性和光学上的双折射特性的晶体；在晶 体中激励产生声波的方式包括第一声波换能器和第二声波换能器焊接在 晶体选定的两个相对的表面；第一和第二声光衍射的方式为第一声场和第 二声场在同一块声光晶体中对向传播，起到光色散补偿的作用；

(d)前面提到的组成激光谐振腔的声光可调谐滤波器、输出镜和端 面镜安放的位置使得只反射经过声光滤波器衍射的光线；

(e)一个微波功率源给换能器提供射频能量，通过改变射频频率来 调节激光谐振腔的振荡波长；

(f)一个微波信号相位延迟线，可以在0度和180度之间调节两个 微波信号的相对相位；

(g)激光增益介质的泵浦源；

(h)激光谐振腔端面镜安装在底座上，底座与锆钛酸铅(PZT)单 元相连；